Hintergrund & Motivation:
Die Initialtrocknung ist einer der energieintensivsten und zeitkritischsten Schritte in der Elektrodenproduktion für Lithium-Ionen-Batterien (LIBs). Um die Fertigungseffizienz zu steigern, rücken innovative Verfahren wie die induktive Trocknung in den Fokus. Im Gegensatz zur konventionellen Konvektionstrocknung, bei der die Wärme von außen über die Oberfläche eingetragen wird, nutzt die Induktion ein magnetisches Wechselfeld. Dieses induziert Wirbelströme direkt im metallischen Stromsammler (Kupferfolie), wodurch die für die Trocknung benötigte Wärme unmittelbar an der Grenzfläche zwischen Beschichtung und Folie erzeugt wird („Bottom-Up“-Prinzip).
Dieses Verfahren bietet nicht nur drastisch verkürzte Prozesszeiten, sondern besitzt theoretisch das Potential, die Mikrostruktur und Binderverteilung positiv zu beeinflussen, da der Wärmestrom der kapillaren Binder-Migration entgegenwirken könnte. Bislang existiert jedoch keine validierte Methodik, um diese theoretischen Effekte analytisch sichtbar zu machen und quantitativ zu bewerten.
Zielsetzung:
Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist die Erarbeitung einer ganzheitlichen Prozess-Struktur-Eigenschafts-Korrelation für die induktive Elektrodentrocknung. Im Fokus steht die Untersuchung, wie sich unterschiedliche induktive Trocknungsraten auf die finalen Elektrodeneigenschaften – spezifisch die Schichtadhäsion, die elektrische Leitfähigkeit und die elektrochemische Performance – auswirken.
Um die mikrostrukturellen Ursachen für die beobachteten Eigenschaftsänderungen nicht nur zu vermuten, sondern beweisbar zu machen, soll eine quantitative Analyse der Binderverteilung erfolgen. Hierfür soll ein neuartiger Ansatz mittels ZrO₂-Tracer-Partikeln eingesetzt und methodisch validiert werden. Durch die Verknüpfung der spektroskopischen Gradienten-Analyse (REM/EDX) mit den physikalischen Messdaten soll geklärt werden, inwiefern die induktive "Grenzflächen-Heizung" die Binder-Migration effektiv unterdrücken kann und welche Prozessgrenzen für High-Performance-Anoden existieren.
Aufgabenfelder:
1. Literatur & Grundlagen
2. Experimentelle Prozessierung
3. Strukturelle Analyse
4. Eigenschafts-Charakterisierung
5. Auswertung & Abschluss
Umfang der Arbeit:
Der Umfang der Arbeit ist skalierbar und lässt daher sowohl Bachelor- Studien- als auch Masterarbeit zu. Eine detaillierte Aufgabenstellung kann beim betreuenden wissenschaftlichen Mitarbeiter erfragt werden.
Voraussetzungen:
Beginn:
Nach Absprache
